17.04.2013
Beata Kozak
Monika Machał
Monika Olech
Metalurgia III rok
Grupa 2, zespół 2
Sprawozdanie
Otrzymywanie ZnO z roztworów odpadowych ZnCl2
Wstęp teoretyczny.
Przebieg doświadczenia.
1. Do zlewki odmierzyć 500cm3 roztworu zawierającego cynk w stężeniu 20g/dm3.
2. Mieszając dodawać roztwór (NH4)2CO3 (stężenie 300g/dm3) do osiągnięcia wartości pH ~7 notując ilość dodanego roztworu.
3. Roztwór wraz z osadem podgrzać do temperatury 50-60OC i wytrzymać przez około 10 minut.
4. Po tym czasie odfiltrować roztwór od osadu za pomocą lejka Büchnera.
5. Zmierzyć objętość filtratu, a osad dokładnie przemyć wodą i wyprażyć w 500OC przez 45 minut, po czym zważyć ilość uzyskanego tlenku cynku.
Wyniki.
| V (NH4)2CO3, [cm3] | pH |
|---|---|
| 100 | ~1 |
| 50 | |
| 10 | |
| 10 | ~7 |
| Suma: 170 |
Zawartość cynku w badanym roztworze:
20[g] - 1000 [cm3]
x[g] - 500 [cm3]
$$x = \frac{500\lbrack\text{cm}^{3}\rbrack \bullet 20\lbrack g\rbrack}{1000\lbrack\text{cm}^{3}\rbrack} = 10\lbrack g\rbrack$$
Zawartość ZnCl2 w badanym roztworze:
MZn=65,4 [g/mol]
MZnCl2=136,4 [g/mol]
65,4 - 136,4
10 - x
$$x = \frac{10\lbrack g\rbrack \bullet 136,4\lbrack\frac{g}{\text{mol}}\rbrack}{65,4\lbrack\frac{g}{\text{mol}}\rbrack} = 20,9\ \lbrack g\rbrack$$
Ilość dodanego (NH4)2CO3:
V(NH4)2CO3 = 170 [cm3]
$c_{(NH_{4})_{2}CO_{3}} = 300\lbrack\frac{g}{dm^{3}}\rbrack$=0,3$\lbrack\frac{g}{cm^{3}}\rbrack$
0,3 [g] - 1[cm3]
X [g] - 170 [cm3]
$$x = \frac{170\lbrack cm^{3}\rbrack \bullet 0,3\lbrack g\rbrack}{1\lbrack cm^{3}\rbrack} = 51\lbrack g\rbrack$$
Podczas dodawania (NH4)2CO3 do roztworu ZnCl2 zachodzi reakcja:
ZnCl2 + (NH4)2CO3 = ZnCO3 + 2NH4Cl
Z tej reakcji wyznaczamy stechiometryczne ilości poszczególnych składników:
ZnCl2 + (NH4)2CO3 = ZnCO3 + 2NH4Cl
136[g/mol] 96[g/mol] 125[g/mol] 107[g/mol]
20,9[g] 51[g] x y
$$x = \frac{20,9\lbrack g\rbrack \bullet 125\lbrack g/mol\rbrack}{136\lbrack g\rbrack} = 19,2\lbrack g\rbrack$$
$$y = \frac{51\lbrack g\rbrack \bullet 107\lbrack\frac{g}{\text{mol}}\rbrack}{96\lbrack\frac{g}{\text{mol}}\rbrack} = 56,8\lbrack g\rbrack$$
Podczas ogrzewania w suszarce następuje dysocjacja NH4Cl na amoniak oraz chlorowodór, który się ulatnia. W wyniku tego procesu ZnCO3 również ulega dysocjacji na tlenek cynku oraz dwutlenek węgla, który się ulatnia w postaci gazu.
Obliczenie uzysku ZnO:
MZnO=10,198 [g]
MZnO=81,4 [g/mol]
MZn=65,4 [g/mol]
81,4 - 65,4
10,198 - x
$$x = \frac{10,198\left\lbrack g \right\rbrack \bullet 65,4\left\lbrack \frac{g}{\text{mol}} \right\rbrack}{81,4\ \left\lbrack \frac{g}{\text{mol}} \right\rbrack} = 8,2\ \left\lbrack g \right\rbrack$$
$$\eta = \frac{8,2\lbrack g\ \rbrack\ }{10\lbrack g\rbrack} \bullet 100\% = 82\lbrack\%\rbrack$$
Wnioski.
Metoda, którą zastosowaliśmy podczas przeprowadzania doświadczenia pozwala odzyskać znaczne ilości tlenku cynku z roztworów odpadowych ZnCl2. Jest to metoda, która ma zastosowanie w przemyśle. Otrzymany tlenek cynku służy do uzyskiwania Zn na drodze hydrometalurgicznej. W naszym przypadku stopień uzysku do 82%. Strata 18% cynku mogła być spowodowana zbyt krótkim czasem wyprażenia lub powtórnym przesączeniem roztworu przed wyprażeniem.